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Les avantages du moule en aluminium
Vous trouverez ci-dessous la liste des principaux avantages des alliages en aluminium pour la réalisation de moules, certains d'entre-eux sont déjà connus, d'autres pas encore :
 L'importance de l'usinabilité
Une capacité très élevée d'échange thermique : refroidissement rapide du produit manufacturé injecté en thermoplastique
Liberté dans le dessin des épaisseurs de la pièce moulée en thermoplastique
Elimination de plusieurs opérations d'électroérosion
Réel bénéfice des régimes HSC et VHSC avec les alliages Al
Elimination (ou nette réduction) des temps d'ajustage
Durabilité et bon maintien des surfaces ouvrées à miroir
Nette réduction des poids : une facilité de déplacer des moules aluminium et une simplification des investissements dans les infrastructures
Re-design flexibility
Flexibilité du re-design
L'usinabilité de certaines familles d'alliages d'aluminium est excellente. Moins d'efforts de coupe, refroidissement en UGV et forme du copeau réduite.
Les alliages qui se caractérisent le mieux à être usinés sont ceux qui ont un degré de dureté élevé et une structure en optimisée (alliages 7xxx de 2è génération).
Il est possible d'affirmer qu'à certaines conditions, très peu utilisées d'ailleurs, les alliages d'Al se comportent à l'usinage comme les matériaux à base de graphite ou comme les résines pour modèles.
La possibilité d'usiner à des vitesses de coupe considérablement supérieures (par exemple milliers de mètres/min), à savoir de 5 à 10 fois supérieure par rapport aux aciers, tout en gardant une bonne qualité des surfaces usinées et une usure réduite des outils permet:
- De nettes réductions de temps d'usinages sur la machine-outil
- un nouveau type de gestion du système du temps de fraisage (travail de nuit, week-end,avec surveillance quasi inexistante).
- la possibilité de toute une série de travaux de fraise qui ne peuvent pas être exécutés sur les aciers (des rainures longues et profondes à travers la nervure du plastique, d'angles exacts de démoulage sans aucun ajustage, etc.)
- La flexibilité des "cycles directs" : un seul placement suivi d'une ébauche, demi-finition et finition sans aucun ajustage.
Une capacité très élevée d'échange thermique : refroidissement rapide du produit manufacturé injecté en thermoplastique
Les alliages d'aluminium ont une conductibilité thermique jusqu'à 7/8 fois supérieure aux alliages standards pour les moules traditionnels.
L'acier est très mauvais conducteur thermique et l'ajout constant (à un degré de plus en plus élevé) de chrome ne favorise pas les caractéristiques déjà critiques d'échange thermique. Tout le monde connaît bien l'exemple de l'exposition à la chaleur d'une fourchette en acier chrômé jusqu'au moment où elle prend une couleur rouge sur les pointes sans que l'opérateur ne le sente à aucun moment.
La conductibilité thermique, toujours considérée importante dans les processus à injection des thermoplastiques, a acquis une importance particulière au cours de ces dernières années avec un contenu plus important de chrome dans les aciers pour moules et le développement de presses rapides.
Les temps de refroidissement dans la presse constitue 70 à 75% du temps de cycle pour le moulage par injection. Chaque amélioration du coefficient de conductibilité de l'alliage utilisé pour le moule se traduit ainsi par une réduction du temps de cycle, si la presse à injecter est intrinsèquement puissante et, surtout, rapide.
Le cas contraire se produit si le moule est isolant (ex : acier) avec des presses plus puissantes le rythme d'ouverture/fermeture est fortement conditionné par les temps de refroidissement du produit manufacturé injecté dans une cavité de métal isolant.
En conclusion, grâce à l'adoption du moule Aluminium on peut réduire de moitié les temps de cycle avec une presse à injecter suffisamment rapide et puissante (hydraulique ou électrique).
En ce moment, persuadés des avantages que le moule à haut refroidissement peut apporter, nous avons entamé des études sur les systèmes de production du type "1 presse individuelle avec moule Aluminium" au lieu de "2 presses avec moule traditionnel".
Liberté dans le dessin des épaisseurs de la pièce moulée en thermoplastique
La très faible capacité de refroidissement et la difficile élimination de la chaleur de fusion par les outils en acier causent des limitations importantes dans le dessin de la pièce en thermoplastique. Ces limitations sont les suivantes :
- les difficultés de réaliser par injection des parois plus épaisses de 3 m/m (la difficulté ou l'impossibilité réelle pour des épaisseur > 5 mm)
- l'impossibilité d'exécuter des éléments solides (à pleine section, comme pour les technologies des chaises)
- les énormes difficultés dans le moulage de pièces ayant des variations importantes d'épaisseur - par exemple 5mm -> 12,5 m/m -> 5 mm
- les déformations causées par de nettes différences de refroidissement : maintien des températures inégales dû à l'effet isolant de l'acier
- l'obligation de placer avec soin les canaux de refroidissement du circuit de l'eau dans les points critiques
- la facilité de refroidissement rapide de la surface pour obtenir des surfaces polies, continues et compactes superposées au "cœur" en plastique et "différentes" par porosité ou constituées par d'autres résines, d'autres fluides.
C'est à partir de l'élan vers la plus grande évolution technologique concernant les bonnes performances des alliages d'aluminium que des processus spéciaux se sont développés (propretary).
Elimination de plusieurs opérations d'électroérosion (sauf des exécutions restreintes, locales sur des zones ayant une dimension particulièrement contenue /angles, etc.)
Cette particularité du moule aluminium, vraiment stratégique, fait partie des particularités inclues dans le soi-disant "Ouragan technologique". Tout le monde sait que cette définition a été employée il y a 18 mois dans le magazine "Utensili ed Attrezzature" (novembre 1999).
La presque totale élimination de l'EDM(Electro Discharge Machining)et la réduction d'utilisation de cette technologie à des interventions locales moindres continue de changer la conception du moule et les investissements dans le domaine des outillages.
L'envergure de l'ouragan "élimination de l'EDM" peut être vue sous plusieurs aspects, en voici quelques-uns .
"Il n'existe aucun processus plus lent, dans l'exécution du moule, que les différentes phases d'exécution des électrodes et de l'utilisation de l'électroérosion" - d'après l'opinion d'un des meilleurs moulistes aluminium de l'Italie du nord.
Conséquence logique de l'usage des technologies du moule Aluminium (blocs d'alliages Aluminium, super-fraiseuses, etc.) : réduction au minimum de l'EDM.
Un deuxième aspect est l'incidence des investissements en machines d'électroérosion. Du fait de la lenteur des processus, il fallait multiplier les unités EDM.
Un aspect typique de la lenteur associée à l'utilisation de l'EDM sur l'acier est la nécessité de reprendre toutes les rainures à section étroite pour la réalisation des nervures dans la pièce thermoplastique.
C'est la conséquence d'une surface de très mauvaise qualité causée par les micro-brûlures locales - sur toutes les surfaces - du processus EDM.
A part les caractéristiques négatives de la technologie de l'EDM sur l'acier qu'on remédie par le fraisage des alliages Al, l'aspect le plus lourd est celui qui est causé par le changement des investissements.
Un outillage traditionnel pour moules-aciers, avec des investissements "à long amortissement", constitué pour 60% par les machines/processus lents typiques pour l'acier, comme par exemples les batteries des machines pour l'EDM, constitue un bloc qui peut être difficilement mis à jour. Dans la réalité la mise à jour, à savoir un graduel recours aux alliages pour moules de 2è génération, est très difficile (avec des investissements déjà faits) : les investissements traditionnels conditionneront la mise en oeuvre de l'outillage jusqu'à la fin de son cycle de vie. Pour comprendre au mieux les conditions du nouveau business - moules rapides, presses à haut rythme - il faudra penser à un outillage équipé d'outils assez différents.
Cela dit, certains grands groupes choisissent de s'équiper d'une division d'usinage aluminium entièrement séparée et nouvelle.
Réel bénéfice des régimes HSC et VHSC avec les alliages Al
Même si les vitesses de coupes pour les alliages légers sont élevées (en particulier avec les super-fraiseuses), la durée de vie des outils est supérieure de 10 à 50 % en plus, par rapport aux aciers.
Dans un nombre de cas, il est possible d'utiliser des outils en acier super rapide (ayant des contenus élevés de Co) de moindre coût.
La possibilité de travailler sur l'acier à des régimes de coupe pratiquement impossibles porte à deux types de conclusions : la haute vitesse (constamment) est réellement atteinte et utilisée sur grande échelle et de façon continuelle seulement pour le fraisage des alliages légers ; les régimes de Very High Speed Cutting sont entièrement exclus pour les aciers.
Dans le cas des aciers, en particulier pour l'ébauche, on peut parler de travail à haute productivité HPM - High Productivity Machining - en cas de fraisage à haute vitesse. La différence entre les deux régimes est très récente. Voir les diagrammes dans le cadre consacré aux super-fraiseuses.
Elimination (ou nette réduction) des temps d'ajustage
Voici l'exemple de la reprise des angles de dépouille des surfaces, avec une attention particulière aux zones que ne peuvent être rejointes par des outils avec un rapport longueur/Ø élevé.
Les erreurs de coupe (génération de la surface réelle par l'outil) peuvent être plus élevées par rapport au profil théorique des mathématiques - voir la ligne continue dans la figure - si l'outil ouvre dans des conditions critiques et tend à fléchir sur les surfaces en acier particulièrement en profondeur. L'erreur sera corrigée par un cycle (lent et particulièrement onéreux) d'ajustage.
Durabilité et bon maintien des surfaces ouvrées à miroir
L'aluminium ne rouille pas! Ce type d'affirmation, qui fait partie de la vie de tous les jours pour ceux qui usinent les alliages légers, a acquis une importance considérable depuis qu'on s'est rendu compte que le moule en acier rouille assez rapidement et sous certaines conditions climatiques particulières.
Comme on l'a déjà affirmé, la solution pour les alliages typiques pour les moules de type traditionnel (les aciers) repose dans l'augmentation du taux de chrome des analyses spécifiques pour les blocs de moules.
Malheureusement ce type de solution (déjà adoptée en partie) heurte avec le faible niveau de conductibilité thermique des aciers pour les moules qui à l'origine étaient "sans" chrome ou "à bas taux" de chrome. En augmentant le contenu de chrome, on diminue encore plus la conductibilité thermique qui est déjà faible. La conflictualité de la conduction rapide des presses continue à augmenter.
Nette réduction des poids : une facilité de déplacer des moules aluminium et une simplification des investissements dans les infrastructures
L'effet positif du moule léger sur l'usure des machines à injecter, sur leur dynamique (des accélérations et des freinages) et sur les puissances qui interviennent est assez connu.
Le cas des hangars pour les nouvelles divisions est différent et montre aussi des aspects nouveaux : avoir placé le poids maximum au niveau de 10 ton (moules Al de 2è génération) au lieu de 30 ton (acier) a permis d'alléger non seulement les voies de XXX, mais aussi les colonnes et les fondations des colonnes.
Flexibilité du re-design
La diminution des temps et des coûts, la simplification de certains profils en thermoplastique, typiquement mieux adaptés au moule aluminium, comme vu précédemment, permettent d'obtenir des profils et des composantes même très complexes avec des moules d'une difficulté technologique, des risques et des coûts réduits au minimum. La rapidité par laquelle on a obtenu le nouveau design en fonction du marché facilite énormément la préparation de nouveaux catalogues. Le cas du composter en polypropylène de la figure est un exemple qui, pour certains aspects, peut être considéré sensationnel.
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